Duha je jeden z nejúžasnějších přírodních jevů, který fascinuje lidi již mnoho století. Ale jen zřídka se někdo zamyslí nad tím, jak vzniká a co se skrývá za její jasnou a barevnou aurou. Fyzikální zákony přírody nás nutí podívat se na duhu jinak, odhalit její tajemství a pochopit příčinu jejího vzniku.
Základem pro tvorbu duhy je lom a odraz světla v kapkách vody v atmosféře. Když světlo proniká dovnitř kapky, současně se láme a odráží se od vnitřního povrchu kapky. Zároveň se zpočátku bílé světlo rozkládá na barvy, které jej tvoří – většinou jsou to jasné barvy duhy: červená, oranžová, žlutá, zelená, modrá, modrá a fialová.
Díky lomu světla uvnitř kapky vody jsou barvy duhy rozloženy v určitém pořadí. Nejvýraznější a nejvýraznější barvou je červená, která je na vnější straně duhy. Oranžová je hned za červenou, pak přichází žlutá a tak dále. Tento řád barev je způsoben různou délkou vln světla, které se lámou uvnitř každé kapky vody a tvoří různé barvy duhy.
Příroda duhy a její vznik
Hlavním fyzickým procesem, který je základem duhy, je lom světla. Když dopadající paprsek světla narazí na povrch kapky vody, láme se a odráží se z vnitřní strany kapky. Aby mohla vzniknout duha, je nutné, aby paprsek světla zasáhl kapku pod určitým úhlem zvaným úhel pádu a dosáhl výstupu z kapky pod jiným určitým úhlem, nazývaným úhel lomu. Tento proces vede k rozdělení světla na barvy, které jej tvoří – spektrální dekompozice.
Aby byla duha viditelná, je nutné, aby se paprsky světla odrážející se uvnitř kapky dostaly k pozorovateli. Za tímto účelem se duha tvoří v určité oblasti oblohy, kde jsou kapky vody, a rozprostírá se přes tuto oblast. V tomto případě jsou viditelné barvy duhy uspořádány - červená směrem ven a fialová dovnitř. Kromě toho je duha kruhovým jevem, protože pozorovatel vidí pouze půlkruh duhy, zatímco úplný kruh duhy lze vidět z letadla nebo na vysokých horách.
Rozmanitost barev a jasnost barev v duze závisí na velikosti kapek vody v atmosféře. Malé kapky vytvářejí jasné a syté barvy, zatímco velké kapky vytvářejí matné a rozmazanější barvy. To vysvětluje, proč duhy po mírném lijáku vypadají jasnější a duhovější než po silném dešti.
| Barva | Vlnová délka (nm) | Úhel lomu (stupně) |
|---|---|---|
| Červený | 620-750 | 42 |
| Oranžový | 590-620 | 40 |
| Žlutý | 570-590 | 38 |
| Zelený | 495-570 | 36 |
| Modrý | 450-495 | 34 |
| Modrý | 435-450 | 32 |
| Fialový | 380-435 | 30 |
Duha je tedy úžasný fyzikální jev, ke kterému dochází za určitých atmosférických podmínek a lomu světla v kapkách vody. Její krása a syté barvy dělají z duhy nezapomenutelnou podívanou pro každého pozorovatele.
Teorie rozptylu světla a lámání
Fenomén duhy je vysvětlen teorií rozptylu světla a fenoménem lámání.
Když jimi prochází sluneční světlo dopadající na dešťové kapky, dochází k jevu rozptylu, tedy rozkladu bílého světla na spektrální barvy – červenou, oranžovou, žlutou, zelenou, modrou, modrou a fialovou.
Každá z barev má svůj úhel pádu a odrazu. Když se světlo vychýlí uvnitř dešťové kapky pod určitým úhlem, dojde k jejich lomu. Právě díky tomuto procesu vidíme duhu jako Oblouk.
Světlo dopadá na horní část dešťové kapky, poté se láme, odráží se z vnitřní strany a vystupuje ven jako barevné spektrum. Každá kapka vytváří své vlastní spektrum, ale protože miliony kapek tvoří duhu, vidíme celé obloukové spektrum.
Duha tedy vzniká jevem rozptylu reprezentovaným rozkladem světla na spektrální barvy a lámáním světla uvnitř dešťových kapek.
Vliv vodních kapek na tvorbu duhy
Tvorba duhy je spojena s lomem a odrazem světla na vodních kapkách v atmosféře. Aby se duha vytvořila, je nutné mít hlavní faktory: přítomnost slunce, vlhkost vzduchu a přítomnost kapek vody.
Když sluneční světlo prochází kapkami vody, láme se uvnitř kapky a poté se odráží od vnitřní stěny kapky. Světlo je rozděleno na barvy, které jej tvoří.: červená, oranžová, žlutá, zelená, modrá, modrá a fialová. První okrajová barva duhy-červená-se tvoří pod úhlem lomu asi 42 stupňů od původního směru slunečních paprsků.
Ze všech barev duhy prochází kapkou téměř bez odchylky pouze červená, zatímco jiné barvy se odchylují v různých úhlech. Současně dochází k interferenci odchozích světelných paprsků, což vede k vytvoření barevného spektra duhy.
Čím větší jsou rozměry kapek vody, tím větší je odchylka a roztažení barev duhy. Pozorovaná intenzita duhy navíc závisí na počtu kapek ve vzduchu a jejich umístění. Například při dešti, kdy je ve vzduchu velké množství kapek vody, může být duha jasná a široká.
Vodní kapky tedy hrají klíčovou roli při tvorbě duhy, lámou a odrážejí světlo a vytvářejí krásné barevné spektrum na obloze.
Je důležité pamatovat:
Pro pozorování duhy je nutné, aby slunce bylo za pozorovatelem a déšť nebo jiné zdroje kapek byly před pozorovatelem. Také duhu lze vidět při stříkání vody, například pomocí rozprašovače.
Fyzikální vysvětlení záře duhy
Každá kapka vody ve vzduchu působí jako miniaturní hranol-světlo proniká jeho povrchem, odráží se z vnitřní strany a vychází ven. Zároveň je světlo rozděleno do různých barev-od červené po fialovou. To je způsobeno různými vlnovými délkami, které se lámou do různých úhlů. Čím kratší je vlna, tím více ji kapka rozbije.
Když sluneční světlo prochází kapkou vody, odráží se od vnitřního povrchu, láme se a znovu se odráží uvnitř. Světlo pak vychází z kapky a směřuje k pozorovateli, který tento jev vidí jako duhu. V důsledku lomu světla se v kapkách tvoří jednotlivé barvy spektra, které jsou nám viditelné jako barevné pruhy.
Aby byla duha viditelná, je nutné, aby slunce bylo za zády pozorovatele a v přední části pozorovatele byly kapky vody. Kapky vody by měly být v určité vzdálenosti od pozorovatele, aby oko mohlo vnímat odražené a lomené světlo. To vysvětluje, proč duha vzniká, když prší a slunce prorazí mraky.
Fyzikální vysvětlení záře duhy je tedy spojeno s lomem a odrazem světla v kapkách vody v atmosféře. Tento jev vytváří pro pozorovatele pestrou a nezapomenutelnou podívanou.